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氣敏傳感器的原理及應用

半導體氣體傳感器：

     半導體氣體傳感器是利用氣體在半導體表面的氧化還原反應導致敏感元件組織發(fā)生變化而制成的。當半導體器件被加熱到穩(wěn)定狀態(tài)，在氣體接觸半導體表面而被吸附時，被吸附的分子首先在物體表面自由擴散，失去運動能量，一部分分子被蒸發(fā)掉，另一部分殘留分子產(chǎn)生熱分解吸附在物體表面。當半導體的功函數(shù)小于吸附分子的親和力，則吸附分子將從器件奪走電子而變成負離子吸附，半導體表面呈現(xiàn)電荷層。

[1]例如氧氣，等具有負離子吸附傾向的氣體被稱為氧化型氣體。

     如果半導體的功函數(shù)大于吸附分子的離解能，吸附分子將向器件釋放出電子，而形成正離子吸附。具有正離子吸附傾向的氣體有氫氣、一氧化碳等，它們被稱為還原性氣體。 　

     當氧化型氣體吸附到n型半導體，還原性氣體吸附到p型半導體上時，將使半導體載流子減少，而使電阻增大。當還原型氣體吸附到n型半導體上，氧化型氣體吸附到p型半導體上時，則載流子增多，半導體阻值下降。 　

     非電阻型氣體傳感器也是半導體氣體傳感器之一。它是利用mos二極管的電容-電壓特性的變化以及mos場效應晶體管的閾值電壓變化等特性而制成的氣體傳感器。由于這類傳感器的制造工藝成熟，便于器件集成化，因而其性能穩(wěn)定價格便宜。利用特定材料還可以使傳感器對某些氣體特別敏感。

催化燃燒式傳感器：
     可燃氣體報警器的原理基本上都是催化燃燒式
催化燃燒式氣體傳感器是采用惠斯通電橋原理，由檢測元件和補償元件配對構(gòu)成測量電橋，在一定溫度條件下，可燃氣體在檢測元件載體表面及催化劑的作用下發(fā)生無焰燃燒，載體溫度就升高，通過它內(nèi)部的鉑絲電阻也相應升高，從而使平衡電橋失去平衡，輸出一個與可燃氣體濃度成正比的電信號，再經(jīng)過后期電路的放大、穩(wěn)定和處理最終顯示可靠的數(shù)值。

電化學傳感器：
     電化學傳感器是兩電極系統(tǒng)。其工作電極和對電極由一薄層電解液隔開并經(jīng)由一個很小的電阻聯(lián)通外電路。當氣體 擴散進入傳感器后，在敏感電極表面進行氧化或還原反應，產(chǎn)生電流并通過外電路流經(jīng)兩個電極。該電流的大小比例于氣體的濃度，可通過外電路的負荷電阻予以測量。
     電化學氣體傳感器大都是以水溶液作為電解質(zhì)，電解質(zhì)的蒸發(fā)或污染，常會導致傳感器的信號下降，使用壽命短;由于在空氣中有被測物質(zhì)存在，傳感器中的有效成分被消耗，因此傳感器一旦被啟封，就視為參加了使用，即使沒用于測量，它的生命也在縮短;電化學型氣體傳感器的壽命期望值為2年，使用不當它的壽命可能更短，而傳感器更換的費用較高。因此如何保證其使用壽命，傳感器的正確維護對煙氣分析儀的使用尤為重要。    

     電化一般應用于硫化氫、甲醛、氯氣等有毒氣體的檢測！

光離子氣體傳感器（PID）：
     光離子氣體傳感器又稱PID氣體傳感器。采用光離子電離氣體的原理制成的光離子氣體傳感器，具有體積小，靈明度高，即插即用，本安型等特點，光離子氣體傳感器在有機揮發(fā)物（VOCs）等微量氣體的檢測方面具有無可比擬的優(yōu)勢，由于封裝模式完全兼容City Technology - 4P封裝，因此可以非常便捷的集成到手持/臺式/固定式氣體探測系統(tǒng)中
     1.光離子氣體傳感器工作原理：   
     光離子氣體傳感器（PID）是采用光離子電離氣體的原理進行氣體檢測的。 具體的說，就是使用離子燈產(chǎn)生的紫外光對目標氣體進行照射/轟擊，目標氣體吸收了足夠的紫外光能量后就會被電離，通過檢測氣體電離后產(chǎn)生的微小電流，即可檢測出目標氣體的濃度。   
     絕大多數(shù)空氣成分（N2、O2和CO2）的光離子能量都高于離子燈所能提供的能量，所以空氣的成分是不會被檢測到的。因此，光離子氣體傳感器（PID）非常適合用來檢測環(huán)境氣體中的有機揮發(fā)物（VOCs），而且不受空氣的干擾，檢測精度可以達到ppb級別.。   
     2.光離子氣體傳感器（PID）檢測氣體類型：
光離子氣體傳感器（PID）是檢測有機揮發(fā)物（VOCs）的最便捷、最靈敏的檢測手段，特別是對于哪些濃度非常低的氣體泄漏（leak）有著其他類型傳感器不可比擬的優(yōu)勢， 概括的講，光離子氣體傳感器（PID）主要用于有機揮發(fā)物（VOCs）的檢測，這些揮發(fā)物包括：
  ? 芳香類：苯、二甲苯、萘等；
  ? 飽和烴和不飽和烴類：辛烷、乙烯、環(huán)己烷等；
 ? 酮、醛、醚類：丙酮、丙醛、丙甲醚等；
 ? 鹵代烴類、硫代烴類、醇類、酯類、肼類等。
 ? 此外，可檢測的無機物包括：砷、氨。
 下列物質(zhì)是不能用光離子傳感器去探測的：
  ? 空氣，包括：N2，O2，CO2和水，
 ? 有毒有害氣體：CO， HCN，SO2。
 ? 天然氣：CH4、C2H6.
 ? 酸類：HCL，HF，HNO3。
 ? 其他：氟利昂、O3 

     目前，光離子氣體傳感器（PID）已經(jīng)被集成到手持、固定式、臺式氣體探測器以及專業(yè)的實驗檢測儀器上，廣泛應用在化工、石油、環(huán)保、制藥、釀酒等諸多行業(yè)，為安全生產(chǎn)、環(huán)境保護和危害檢測保駕護航。

紅外氣體傳感器：

    光譜吸收法表明許多氣體分子在紅外波段存在特征吸收;根據(jù)朗伯-比爾定律，特征吸收強度與氣體濃度成正比例關系。據(jù)此原理設計而成的紅外氣體分 析器可用于分析混合氣體中某種或某幾種待測氣體組分的濃度，是一類非常重要、非常經(jīng)典的氣體分析器。

     基于氣體的紅外吸收光譜特性，非單元素的極性氣體分子 在中紅外（2.5～25μm）波段存在著分子振動能級的基頻吸收譜線，因此紅外氣體分析器靈敏度高，既可以用于常量分析，又可以用于微量分析;且選擇性好，可以實現(xiàn)背景氣體對測量分析基本沒有影響。

    紅外傳感器的應用很廣，在檢測很多種的氣體中都使用到它，而且它的可靠性很高，選擇性很好，精度也高，沒有毒，受到環(huán)境的干擾較小，壽命比較長，對氧氣不依賴等等的優(yōu)點，在未來的市場中很可能會成為主流的。

     當然，它也有缺點，因為處在剛剛起步的階段，技術不夠精湛，而且市場上很少，制造的成本比較高，這些種種的缺點對它在市場上的使用都有一定的限制。但是，希望在未來的技術發(fā)展中，可以發(fā)現(xiàn)更多更好的技術讓它變得更加成熟，更加實用，在市場上的占有位置更高。